MANET的关键技术及其在军事通信中的应用_物联网应用中的三项关键技术

摘　要：MANET因具有自组性、机动性及抗毁性而受到人们的高度关注。在阐述MANET的起源与发展及其工作原理的基础上，较全面详细地分析了MANET的关键技术；介绍了MANET在法军、美军通信中的应用。
关键词：MANET　关键技术　军事通信
中图分类号：TN911文献标识码：A　文章编号：1007-3973（2012）007-089-03
1 引言
MANET（Mobile Ad-hoc Network，MANET）起源于1971年美国夏威夷大学设计实现的第一个分组无线网络——ALOHA系统，在军事通信中具有广阔的应用前景。美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）在1972年、1993年和1994年分别启动于分组无线网（PRNET,Packet Radio NETwork）、高残存性自适应网络SURAN和全球移动信息系统GloMo三个项目，取得丰硕的理论和应用成果，并一直持续深入研究PRNET技术。1991年成立的IEEE80211标准委员会使用术语“Ad Hoc网络”来描述这种特殊的自组织对等式多跳无线移动通信网络。1997年成立IETF MANET工作组，致力于MANET协议的标准化，加速推动了商用MANET的研发。
以局域网技术、数据分组交换技术为基础，MANET由一组带有无线收发装置的移动分组无线单元(Packet Radio Unit，PRU)组成，是一种多跳临时性移动通信网络。PRU由无线电台、天线和数字控制器组成。在MANET网络中传送的信息以分组为基本单元，每个分组包括包头和正文两部分。包头通常包括该分组在分组无线网中的源地址、目的地址和相关路由信息；正文部分则是需要传送的消息，正文部分可包含IP数据或其他数据。MANET不设中心站、采用分布式网络结构，每个节点均可作为源节点、目的节点或中继节点，且利用分组包头中的控制信息分包为每个分组选择传输合适的路由。
和依赖于固定基础设施的通信网络相比，MANET具有自身的特点和优点，近年来受到人们的广泛关注。
2 MANET的关键技术
不依赖于固定的基础设施、节点可能随时进入/离开网络、整个网络采用分布式结构运行，MANET有很多技术难点，其关键技术主要有：MAC协议、QoS保障、路由协议、功率控制、安全问题、网络互联和网络资源管理等。
21 MANET的MAC协议
链路层解决的主要问题包括介质接入控制以及数据的传送、同步、纠错和流量控制等，分为媒介访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。MAC协议决定节点什么时候允许发送其分组，且通常控制对物理层的所有访问。
在MANET中存在隐藏终端和暴露终端问题，要在MAC层解决这两个固有问题，因而不能直接应用载波侦听多址访问（CSMA）协议（WLAN中使用最多的异步随机访问协议）。MANET的MAC协议有竞争协议、分配协议和混合协议三类。竞争协议使用直接竞争来决定信道访问权并通过随机重传来解决碰撞问题，在传输载荷轻的时候碰撞次数少、信道利用率高、分组传输时延小；但在传输载荷增大时，协议性能下降很快甚至致使网络崩溃。改进的竞争协议代表有：多址访问与碰撞回避（MACA）协议、信道获取多址访问（FAMA）协议、IEEE80211 MAC等。分配协议使用同步通信模式，时隙与节点的映射决定一个节点在其特定时隙内允许访问的信道。分配协议往往在中等到繁重传输载荷条件下运行良好，但信道时隙化导致在轻传输载荷条件下的时延相对于竞争协议是非常大的。分配协议有：五步预留协议（FPRP）、跳频预留多址访问协议（HRMA）等。混合协议能够保持所组合的各个协议的优点又能避免其缺陷，在传输载荷轻的时候表现为竞争协议的性能，而在传输载荷重的时候近似表现为分配协议的性能。典型的混合协议有：TDMA/CSMA混合协议、Meta-协议等。
22 路由协议
MANET设计中的一个关键问题是开发能够在两个节点之间提供高质量高效率通信的路由协议。Internet路由协议不能适应MANET网络节点的移动性和网络拓扑结构不断变化，专门的适用于MANET的路由协议应能够满足功能：能感知网络拓扑的变化、维护网络拓扑的连接、高度自适应的路由。IETF MANET已经完成的标准化路由协议主要有：主动式路由协议有最优化链路状态路由协议（OLSR）和基于反向路径转发的拓扑分发协议（TBRPF）；按需路由协议有按需距离矢量路由协议（AODV）和基于节点间相互关系的路由协议（ABR）；综合主动式路由思想和按需路由思想的路由协议称为混合型路由协议，有域路由协议（ZRP）和抢先式路由协议等。
分组无线网应用环境复杂多样，不同的应用环境追求不同的性能，这导致很难寻找MANET的最优路由协议。如：在军事应用中更关注系统的抗毁性、隐蔽性和保密性；而在无线会议系统中则更注重端到端的时延和吞吐量。不同类型的路由协议具有自身的优缺点，适应于不同的网络环境。不可能用一种路由算法作为标准的路由协议去比较好地解决所有MANET路由问题，路由算法的最优化石针对具体网络环境的工程化问题。混合型路由协议因其固有的灵活性，而具有很好的应用前景。
MANET的用户通常是具有协同工作关系的群体，而群组通信必须由多播路由协议提供通信支持。但有线网络环境中使用的多播路由协议(如：多播开放最短路径优先协议MOSPF等)在移动分组无线网中不再适用，因为动态的网络拓扑结构会导致分发树的破坏，而不得不因连接变化而调整。原达等提出了适用于移动分组无线网的多播路由协议。在移动分组无线网环境中，多播路由协议起着非常重要的作用。在协议中采用按需路由发现策略，动态建立路由信息及维持多播组成员关系。控制开销小、实现简单，能够适应较低带宽的大规模动态网络环境，具有稳定的分组转发成功率和良好的伸缩性，获得了较好的多播数据传输质量。

主要用于判断与逻辑分析物联网中所采集到的传感器数据,然后为决策提供依据。
物联网技术的人工智能化也在工业领域发挥着重要作用。以往很多问题我们都依赖于人工技术解决，存在滞后性，假设一个机器出现问题导致整个工厂停工一天，所带来的损失有些可高达数十万。部署物联网之后，器自动化企业通过自动装置自身发送的信息就能及时了解问题，预测成本高昂的故障停机，然后执行远程故障排除，节约技术人员工时和成本。

一是产品的智能可追溯网络系统：在医药、农产品、食品、烟草等行业领域，产品追溯系统发挥着货物追踪、识别、查询、信息采集与管理等方面的巨大作用，基于物联网技术的可追溯系统为保障产品的质量与安全提供了保障。
二是物流过程的可视化智能管理网络系统：基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术等多种技术，在物流过程中实时实现对车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送可视化与管理的系统。目前，物流作业的透明化、可视化管理已经初步实现，全网络化与智能化的可视管理网络还有待发展。
三是智能化的企业物流配送中心：基于传感器、RFID等物联网技术建立物流作业的智能控制、自动化 *** 作的网络，实现物流配送中心的全自动化，实现物流与生产联动，并与商流、信息流、资金流全面协同。
四是企业的智慧供应链：基于物联网技术升级智慧物流和智慧供应链的后勤保障网络系统，满足电商快速发展及智能制造等环境下产生的大量个性化需求与订单，帮助企业准确预测客户需求，实现整个供应链的智慧化。

物联网智能处理（应用层）方面主要涉及技术：
1、云计算技术
2、大数据技术
根据应用场景不同可选涉及的技术：
1、语音、图像、视频识别
2、人工智能
3、机器学习
物联网整体关键技术：
1、感知层的传感技术（如温湿度、水浸、烟雾、磁场等）、射频识别技术（如NFC、RFID等）
2、网络层的通讯技术（如LPWAN、ZIGBEE等）
3、应用层上面已经进行了回答
4、其余相关技术：高性能能源技术等

物联网的应用如下：
1、智能仓库。物联网一个很好的应用。它能准确的提供仓库管理各个环节数据的真实性，对于生产企业，可以根据这个数据合理的把控库存量，调整生产量。物联网中利用SNHGES系统的库位管理功能，可以准确提供货物库存位置，这就大大提高了仓库管理的效率。
2、智能物流。运用条形码、传感器、射频识别技术、全球定位等先进的物联网通信技术，实现物流业运输、仓储、配送、装卸等各个环节的智能化。不仅货物运输更加的自动化，而且作出的全面分析还能及时的处理问题对物流过程作出调整，优化了管理。大大提高了物流行业的服务水平，还节约了成本。
3、智能医疗。利用物联网技术，实现患者和医务人员、医疗机构、医疗设备的互动，实现医疗智能化。物联网医疗设备中的传感器与移动设备可以对患者的生理状态进行捕捉，把生命指数记录到电子健康文件中，不仅自己可以查看，也方便了医生的查阅，实现远程的医疗看病。很好的解决当前的医疗资源分布不均，看病难的问题。
4、智能家庭。物联网的出现让我们的日常生活更加的便捷。不远的将来一台手机，就可以 *** 作家里大多数的电器，查看它们的运行状态。寒冷的冬天，我们可以提前打开家里的空调，回到家就暖暖的。物联网还能准确的定位家庭成员的位置，你再也不用担心孩子跑的找不见人，省心省力。
5、智能农业。物联网在农业中的应用就更加的广泛。监测温湿度，监视土壤酸碱度，查看家禽的状态。在这些数据的支持下，农户就可以合理进行科学评估，安排施肥，灌溉。监测到的天气情况比如降水，风力等又为我们抗灾、减灾提供了依据。提高了产量，降低了减产风险。
6、智能交通。物联网将整个交通设备连在一起。主要是用图像识别为核心技术。可以准确的收集到交通车流量信息，通过信号灯等设备进行流量的控制，这个技术的运用，会让堵车成为历史。管理人员利用这个技术能将道路、车辆的情况掌握的一清二楚，驾驶违章无处可逃，交通事故也能及时的得到处理。人们的出行得到了很大的方便。
7、智能电力。电力工程是一项重大的民生工程，对电网的安全检测是一项必修科目。以南方电网与中国移动通过M2M技术进行的合作为例，因为物联网的运用，使得自动化计量系统开始启动，使得故障评价处理时间得到一倍的缩减。

：随着智能设备的不断推出和移动互联网的发展，计算机物联网技术越来越被人们所熟知，物联网技术区别于传统互联网技术，是对互联网技术的进一步发展和扩新，物联网充分的融合了信息技术、通信技术以及传感器技术，是未来信息技术发展的大趋势。本文通过介绍物联网技术的相关概念以及关键技术，分析了其在工业、农业、医疗、人们日常生活以及其他方面的诸多应用，希望物联网技术能够更好的造福于人类。
关键词计算机；物联网；应用
1计算机物联网相关概念以及关键技术分析
计算机物联网技术是互联网技术的延伸，指的是通过一定的通信协议，将特定设备接入互联网中，通过数据通信，实现设备智能化的控制管理。从物联网相关概念可以看出，物联网技术主要依托于三大技术的发展，第一，传感器技术的发展；第二，互联网技术的发展；第三，嵌入式设备（主要是指 *** 作系统方面）的发展。传感器可以将物理设备的运行状态以电子脉冲信号的形式通过各类通信协议（IP协议簇、红外传输协议等）传输给嵌入式 *** 作系统（或单片机类型的处理器），进而对相应的数据进行识别，判断出物理设备的运行状态，并以此做出适当调整，实现智能控制的目的。当下流行的智能手环设备就是一个典型的物联网应用，无人飞机、无人汽车以及智能家居设备都是未来物联网技术的缩影，总之，随之信息技术和传感技术的发展，物联网将焕发出更加蓬勃的生机。需要提及的是，目前物联网的发展受到网络方面以及传感器等方面的制约。在网络方面，要实现万物联网，主流的IPV4协议受到地址空间的限制，显然已经不能很好的满足容量需求，另外当前的网络数据传输速度以及数据容量都有待提升，同时网络安全问题也是亟待解决的重大隐患；在传感器方面，提升传感器种类、丰富程度以及将其小型化、微型化处理都是未来物联网技术需要面临的挑战。
2物联网应用分析
21工业方面的应用
物联网在工业方面的应用，更多的是指在工业控制方面的应用。工业生产往往需要具备一定的工业环境，如高温、高压、酸碱度、温湿度以及必要的机械震动等环境，传统的人工检测控制工作耗时耗力，还容易引起较大误差性，给工业生产带来诸多的不便。一旦引入物联网技术，信息处理系统通过终端传感器获得的实时数据，能够对生产过程进行实时控制，同时为了避免传感器的损坏引起的误差，可以采取多传感器并发处理技术，以保障获取数据的准确度。除此之外，生产企业可以对传感器采集的数据进行汇总、分析，进而获得更为精确的第一手数据，并以此为依据进行生产过程的调整。可见，融入物联网技术的工业成产能够获得更为有效的生产控制，同时也为自动化生产奠定了坚实的技术基础。
22农业方面的应用
农业涉及农业资源的管理、农业生产管理、农产品以及农业设备等诸多内容的管控。传统农业更多的依赖农业生产管理者的农耕经验，科技在农业方面的应用更多的表现为一些费时费力的工作，如播种、施肥、收割等工作。要对农业方面进行精细化的管控，物联网技术就显得格外的重要，通过丰富的传感器数据能够科学的反映出农用土地土壤酸碱度、水质、气象等方面的准确数据，根据这些数据进行农业生产的指导往往比农耕经验更为科学有效；另一方面，随着食品安全问题的日益突出，运用物联网技术能够实时的对农产品加工储藏、运输、供应等情况进行有效追踪，以快速、透明的信息处理过程进行农业管理是未来物联网技术在农业方面的应用。
23医疗卫生方面的应用
物联网技术的发展也为医疗卫生方面提供更加丰富的应用。一方面，能够对药品生产过程进行实时监控，从科研实验、到药物制备到最后的流通销售环境能够进行有效的追踪管理，保障药用产品的有效管控；另一方面，利用一些微型的传感器设备能够实现对人体健康状况的实时监控，这对于医疗方面有着重要的作用，同时通过实时数据的传输也会使得远程治疗更为有效；除此之外，物联网对于医疗器械的管控、血液信息管理等诸多医疗卫生都有着巨大的帮助。可见，物联网技术能够将现代技术更好融入医学卫生工作，使其更好的造福于人类。
24电力方面的应用
相当于传统电网技术，由传感器、通信、控制系统构建起来的构建起来的智能物联电网，可以方便的获取电网中各基础节点以及电力设备的运行状态，使得电力调配、业务信息、流量信息数据汇总和管控得到高度统一，电力系统中资源能够得到统筹性规划，实现电力应用的经济效益与能源效益达到最大化的发挥。因此，物联网技术对于提升我国电网发展也有着重要的意义。
25日常生活方面的应用
在人们的日常生活方面，物联网技术也显示出了巨大的潜力。首先，随着智能家具的逐渐普及，运用物联网技术能够使得将各种生活子系统进行有效的整合，人们仅需要简单的 *** 作便可实现家居生活的统筹性管理；其次，随着人们生活水平的提升，类似于智能手表、智能手环类的产品会越来越丰富，人们能够通过简单的物联设备获取自身以及所生活环境的各类可感数据，以此来获得更为舒适、健康、安全的生活体验。另外，在日常家居安全方面，物联网技术也会发挥重要的作用，家居环境自动监控、报警、自然灾害检测、预防也必然有重要的进步。总之，物联网技术在智能家居方面也有着广泛的应用。
26其他方面的应用
当然，物联网技术的应用远远不止上述内容，在交通、安防、建设、水利、国防等人类生产生活的方方面面都渗透有着物联网的影子，世界上许多国家甚至已将物联网发展上升为国家发展战略，一些著名信息技术公司如IBM的智慧地球发展战略也相继被提出，可见物联网的重要性。总之，运用先进的信息技术、通信技术、传感器技术构建起来的物联网技术，再融合日趋成熟的云计算、大数据处理等先进技术，物联网技术必将引领未来科技潮流，将人类的生活生产方式推向新的高度。

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